《全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材：测试系统设计原理及应用》以具体的系统设计为例，比较全面地介绍了测试系统的基本分析方法、设计原则和设计方法。以系统设计步骤为序，介绍了系统的方案设计、模块设计方法、电路的设计和仿真验证；以系统实现和实践为主，着重讲述了电路原理图、版图设计、仿真及可编程逻辑器件设计、仿真方法。以应用为辅，通过几个不同参数的测试系统设计、应用实例，对之前的内容进行补充和扩展。
　　《全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材：测试系统设计原理及应用》共14章，第1～4章是测试系统设计的基础理论，第5～11章是系统设计流程和实现方法，第12～14章是系统设计方法的具体应用。

《全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材：测试系统设计原理及应用》是作者从事测试技术及仪器专业10多年教学经验的积累和科研结果的体现，内容实践性强；知识点与实际科研项目相结合；采用先建立知识框架再进行内容填充的介绍方式，便于读者的学习和理解。有助于读者建立正确的系统概念，明确系统设计的步骤和基本方法。

　　测试技术是工科专业的一门技术基础课，测试系统是实施测试的必备条件，是实现测试的关键。随着人类活动规模、深度的不断扩大和深入，人类已不可能通过自己的感觉、思维和体能器官直接观测和操作工具使之达到既定目标，测试系统是扩展人类感知的途径之一。测试系统的设计和实现是实践性非常强的技术，本书以瞬态波形记录仪的设计为例，将此仪器的设计、实现与测试系统设计、实现的基础理论相结合，重点培养实践能力。
　　本书以具体例子为主线，结合瞬态波形记录仪的设计，详细介绍了测试系统的设计方法、设计步骤。结合系统性能及特性给出了电路原理图的设计和实现方法，以及印制电路板（PCB）的设计和实现方法，并针对控制模块介绍了可编程逻辑器件的设计方法。
　　本书是作者从事测试技术及仪器专业10多年教学经验的积累和科研结果的体现，内容实践性强；知识点与实际科研项目相结合；采用先建立知识框架再进行内容填充的介绍方式，便于读者的学习和理解。希望通过本书，有助于读者建立正确的系统概念，明确系统设计的步骤和基本方法，对实践起到一定的指导作用。
　　本书共14章。第1章是绪论；第2～4章是对系统研究对象——信号及系统组成、特性的分析，按照信息流的顺序着重介绍了一般系统的主要组成环节，以及系统设计原则；第5章以瞬态波形记录仪的指标要求为例，介绍了系统的总体设计和模块设计思想；第6～8章是各模块的电路原理图设计方法、仿真验证及版图设计方法；第9～10章是瞬态波形记录仪控制模块的设计，包括可编程逻辑器件的设计方法和仿真验证；第11章是关于测试数据误差分析的基础理论；第12～14章是测试系统设计方法在几个不同参量的测试系统设计中的应用实例，是对瞬态波形记录仪设计方法的补充和知识点的强化。
　　本书在编写过程中，参阅了大量文献，在此向这些文献的作者表示衷心的感谢。中北大学的祖静教授、马铁华教授、郑宾教授、郝晓剑教授对本书的编写工作给予了大力帮助和支持，特向他们表示诚挚的感谢。
　　本书第1章由中北大学裴东兴编写；第2章由中北大学张艳兵编写；第3、13章由中北大学孟令军编写；第4、5、12章由中北大学靳鸿编写；第6、7、8、10章由中北大学王燕编写；第9章由中北大学崔敏编写；第11章由湖南大学郭斯羽编写；第14章由中北大学沈大伟编写。靳鸿负责统稿。
　　全体编者在此书的编写过程中都尽心尽力，但因水平有限，书中难免存在不足或疏漏之处，恳请广大读者批评指正，不胜感激。
　　编者

　　靳鸿，女，副教授，博士，硕士生导师。中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室动态测试与信息获取方向主要成员之一。主要研究方向：恶劣环境的动态参数测试，微型弹载测试仪和智能仪器等；近年来主持承担国家重点项目4项，横向科研项目十余项，完成省部级鉴定5项，获得山西省科学技术二等奖1项，申请发明专利3项。

第1章 绪论
1.1 测试系统概述
1.1.1 测试系统的基本组成环节
1.1.2 测试系统设计的一般要求
1.1.3 存储测试系统
1.2 测试技术发展历史、现状与趋势
1.3 测试系统设计工具
本章小结
思考与练习题

第2章 测试技术及设计软件基础
2.1 测试及相关概念
2.2 传感器转换原理
2.2.1 电阻应变式传感器
2.2.2 电容式传感器
2.2.3 压电式传感器
2.2.4 热电式传感器
2.3 Protel99SE软件设计方法
2.3.1 Protel99SE主要功能模块
2.3.2 Protel99SE设计环境
2.3.3 Protel99SE设计环境的基础操作
2.4 电路原理图编辑环境设置
2.4.1 原理图工具栏的设置
2.4.2 图纸设置
2.4.3 设置文件信息
2.4.4 设置光标和网格
2.4.5 电路原理图的设计步骤
2.5 印制电路板设计基础
2.5.1 PCB设计流程
2.5.2 PCB编辑器
本章小结
思考与练习题

第3章 测试系统的基本组成
3.1 非电量电测系统及其基本组成
3.2 传感器
3.2.1 传感器的组成及其输出信号的特点
3.2.2 传感器的分类与常用技术指标
3.3 信息转换
3.3.1 信号的放大
3.3.2 滤波器
3.3.3 A/D转换器
3.4 信息的存储、显示和处理
3.4.1 数据存储
3.4.2 数据显示
3.4.3 信息处理
3.5 接口与总线
3.5.1 接口
3.5.2 总线
3.6 控制模块
本章小结
思考与练习题

第4章 测试系统设计方法及特性分析
4.1 测试系统设计的前期准备
4.1.1 使用要求
4.1.2 参数预估
4.2 测试系统的设计原则
4.2.1 总体设计原则
4.2.2 灵敏度分配和误差分配原则
4.2.3 系统总体设计的一般步骤
4.3 测试系统各环节设计
4.3.1 传感器选用原则
4.3.2 放大及滤波环节设计
4.3.3 采样策略
4.3.4 控制模块设计
4.4 测试系统的状态设计方法
4.4.1 状态图及其组成
4.4.2 等容量随机间隔采样策略状态图设计
4.5 测试系统的基本特性
4.5.1 测试系统的静态特性
4.5.2 测试系统的动态特性
本章小结
思考与练习题

第5章 测试方案确定及参数分析
5.1 功能、指标要求及总体方案
5.1.1 功能要求
5.1.2 性能指标
5.1.3 总体方案设计
5.2 模拟板模块设计及参数分析
5.2.1 模拟板主要模块功能设计
5.2.2 放大衰减模块设计及主要参数分析
5.2.3 滤波模块及主要参数分析
5.3 数字板模块设计及参数分析
5.3.1 数字板模块设计
5.3.2 采样及存储模块主要参数分析
5.4 基板模块设计及主要参数分析
5.4.1 基板的主要模块设计
5.4.2 通道读出控制
5.5 控制板设计
5.5.1 控制板整体功能设计
5.5.2 采样策略的状态图设计
5.6 虚拟软面板设计
5.6.1 虚拟软面板设计的基本原则
5.6.2 数据处理方法
5.6.3 数据处理软件
5.6.4 瞬态波形记录仪软面板设计
本章小结
思考与练习题

第6章 电路原理图设计
6.1 瞬态波形记录仪的层次式电路设计
6.2 瞬态波形记录仪的主电路图设计
6.2.1 绘制方块电路图
6.2.2 放置方块电路端口
6.2.3 连接各方块电路
6.3 模拟板子电路图设计
6.3.1 模拟板子电路原理图的建立
6.3.2 放大衰减电路的绘制
6.3.3 滤波电路的绘制
6.4 数字板子电路图设计
6.4.1 模数转换电路的绘制
6.4.2 负延迟电路的绘制
6.4.3 多通道设计
6.5 基板及控制板子电路图设计
6.5.1 电源管理电路的绘制
6.5.2 接口及控制电路的绘制
6.6 报表文件
6.6.1 ERC
6.6.2 网络表文件
6.6.3 生成层次项目组织列表
本章小结
思考与练习题

第7章 原理图仿真验证
7.1 电路仿真功能概述
7.2 电路仿真步骤
7.3 电源和仿真激励源
7.4 仿真分析类型说明
7.5 仿真实例
本章小结
思考与练习题

第8章 印制电路板设计
8.1 瞬态波形记录仪的印制电路板设计
8.1.1 瞬态波形记录仪印制电路板总体设计方案
8.1.2 规划电路板和电气定义
8.1.3 设置电路板工作层
8.1.4 PCB工作参数设置
8.1.5 载入元件封装及网络表
8.2 记录仪PCB图的布局设计
8.2.1 设置布局设计规则
8.2.2 自动布局
8.2.3 手工调整元件布局
8.3 记录仪PCB图的布线设计
8.3.1 设置自动布线规则
8.3.2 运行自动布线
8.3.3 手工调整布线
本章小结
思考与练习题

第9章 可编程逻辑器件的设计方法与流程
9.1 可编程逻辑器件设计的基本方法
9.2 图形输入设计方法
9.2.1 图形输入设计的文件组成
9.2.2 图形输入的元件
9.2.3 元件特点
9.3 文本输入设计方法
9.4 设计流程
9.4.1 设计输入
9.4.2 项目编译
9.4.3 设计校验
9.4.4 编程与配置
本章小结
思考与练习题

第10章 控制模块的VHDL设计及仿真
10.1 瞬态波形记录仪控制模块的功能
10.2 VHDL的特点及程序结构
10.2.1 VHDL的特点
10.2.2 VHDL程序结构
10.3 顺序语句及并行语句
10.3.1 顺序语句
10.3.2 并行语句
10.4 采样策略的设计实现
10.4.1 定频率采样策略
10.4.2 变频率采样策略
10.5 内触发类型的判断与触发
10.6 基板的数据转换模块
本章小结
思考与练习题

第11章 误差分析及数据处理
11.1 实验数据的表示
11.1.1 表示方法
11.1.2 数据修约与有效数字
11.2 误差的定义与表示方法
11.2.1 误差的定义
11.2.2 误差的基本表示方法
11.3 测量误差的来源
11.4 测量误差的分类
11.4.1 系统误差
11.4.2 粗大误差
11.4.3 随机误差
11.5 测量数据处理
11.5.1 算术平均值原理
11.5.2 测量标准差及其估计
11.5.3 算术平均值与实验标准差的标准差
11.5.4 测量不确定度的基本概念
11.5.5 最小二乘法
11.5.6 回归分析
本章小结
思考与练习题

第12章 基于SoC的系统设计
12.1 测试系统的微型化
12.2 模、数及混合集成技术
12.2.1 高集成度数字器件
12.2.2 模拟集成技术的发展
12.2.3 混合集成技术
12.3 SoC概述
12.3.1 SoC及其IP特点
12.3.2 SoC单片机与DSP系统级集成电路
12.4 系统设计方法与对象的变化
12.4.1 系统设计方法的变化
12.4.2 系统设计对象的变化
12.5 SoC的设计流程与步骤
12.5.1 传统的SoC设计流程
12.5.2 基于IP模块的SoC设计流程
12.5.3 软硬件协同设计流程
12.5.4 SoC单片机的设计流程
12.6 设计举例
12.6.1 基于ispPAC20的放大模块设计
12.6.2 基于SoC单片机的应变测试仪设计
本章小结
思考与练习题

第13章 双通道数据记录仪的设计与实现
13.1 系统总体设计
13.1.1 主要技术指标
13.1.2 系统组成分析
13.2 供电单元设计
13.2.1 供电电路设计
13.2.2 RS-422数据接收单元设计
13.3 LVDS数据接收单元设计
13.3.1 LVDS接口设计
13.3.2 LVDS数据接收
13.3.3 片内FIFO设计
13.4 Flash存储器高速存储技术
13.4.1 存储介质选择
13.4.2 内部寻址方式
13.4.3 交叉双平面操作时的无效块检测
13.4.4 交叉双平面页编程
13.4.5 Flash存储器数据读取
13.4.6 Flash存储器高速擦除
13.5 PCB布局布线设计
13.5.1 PCB设计的一般原则
13.5.2 信号完整性
13.5.3 PCB设计
13.6 上位机软件
本章小结
思考与练习题

第14章 压力测试系统的设计
14.1 压力与压力测量
14.1.1 基于压力测量的传感器技术
14.1.2 压力传感器简介
14.2 压力测试系统设计
14.2.1 基于压电式压力传感器的压力信号采集的实现
14.2.2 基于压阻式压力传感器的压力信号采集的实现
本章小结
思考与练习题
参考文献